Микросхема управления диодными нагрузками А 1211.

Микросхема управления диодными нагрузками А 1211.

А. Гольдшер, П. Дик, Ю. Докучаев, В. Кучерский

Микросхема управления диодными нагрузками А 1211

Микросхема А 1211 (ИС) предназначена для преобразования ТТЛ-уровней в противофазные сигналы, необходимые для управления диодными нагрузками.

Основные характеристики:

напряжение питания, UCC: A 1211A - UCC1 = 5 B;
UCC2 = минус 5 B; A 1211Б √ UCC1 = 9 B;
UCC2 = минус 9 B; количество преобразователей - 3; номинальный ток нагрузки, IH - 20 мА; время установления выходного сигнала, tуст - 50 нс (при номинальных режимных токах потребления); допускается асимметричное питание при условиях: UCC1 2 В; |UCC2| 2 В; UCC1 + |UCC2| 10 В (18 В) для А 1211А (А 1211Б).

Функциональное назначение микросхемы, требования к е╦ параметрам и режимам эксплуатации предопределили структурную схему ИС. Она приведена на рис. 1.

Рисунок 1. Структурная схема ИС А 1211

В частности, согласование с ТТЛ входными сигналами обусловило необходимость использования одного из известных вариантов стандартных ТТЛ (ТТЛШ) входных каскадов [1]. Дифференциальная нагрузка потребовала наличия в ИС блока преобразования однофазного входного сигнала в парафазные. Парафазные сигналы через согласующие элементы сдвига уровня подаются на выходные каскады, формирующие двухполярный выходной ток в резистивно-диодной нагрузке.

К выходным каскадам предъявляется ряд специфических требований, определивших их структуру. Известные схемотехнические решения их реализации или не обеспечивают симметрию выходных импульсов относительно шин питания [2], или же характеризуются большой потребляемой мощностью и одновременно низким быстродействием из-за ограниченного усиления выходных транзисторов [3].

На рис. 2 представлена упрощ╦нная принципиальная схема двухтактного ключевого выходного каскада, предложенная авторами.

Она содержит фазоинвертор с динамической нагрузкой на транзисторе VT2, верхнее плечо на VT3 и VT5, нижнее плечо на VT6 и элементы защиты от сквозных токов на VD1, VD2.

Рисунок 2. Упрощ╦нная принципиальная схема двухтактного ключевого выходного каскада

Установившееся значение выходного напряжения высокого уровня UOH определяется напряжением источника питания UCC1 за вычетом напряжения насыщения коллектор-эмиттер транзистора VT4 и напряжения на прямосмещ╦нном переходе база-эмиттер VT5. Выходное напряжение низкого уровня UOL зада╦тся напряжением источника UCC2 за вычетом напряжения насыщения коллектор-эмиттер транзистора VT6 и напряжения на прямосмещ╦нном диоде VD2. Следовательно, предложенная схема обеспечивает одно из важнейших требований, предъявляемых к ИС управления диодными нагрузками, - максимальный размах и симметрию выходных сигналов.

Особенность схемы состоит в том, что положительный перепад выходного напряжения формируется в два этапа: а) ускоренное нарастание за сч╦т каскадного соединения транзисторов VT3 и VT5; б) дополнительное увеличение выходного уровня после выключения VT3 транзистором VT5 и генератором тока на VT4. За сч╦т этого достигается высокое быстродействие, сопоставимое со схемой на составных транзисторах [2].

Выполнение элементов сдвига уровня на торцевых p-n-p-транзисторах позволило обеспечить "гибкий" выбор напряжений источников питания (без ухудшения динамических параметров ИС). Регулируемый блок задания режима позволяет оптимизировать энергетические и динамические характеристики, в зависимости от конкретного применения ИС в аппаратуре. Это достигается пут╦м подключения внешнего резистора Rрег. В частности, при минимальных средних токах потребления IПОТ.ср.реж., равных 1,5 и 3,0 мА для А 1211А и А 1211Б, соответственно, величины tуст. ~150 нс.

Микросхема содержит три преобразователя уровней на одном кристалле, два из которых объединены по источнику питания UCC1, а один - автономен.

В качестве элементной базы ИС использованы n-p-n высокочастотные транзисторные структуры, преимущественно с диодами Шоттки, и p-n-p торцевые транзисторы, в том числе многоколлекторные [4].

В основу технологического процесса изготовления ИС положена планарно-эпитаксиальная технология с изоляцией элементов обратно-смещ╦нным p-n-переходом. При этом изолирующая диффузия бора осуществляется с использованием сильнолегированных p+-сло╦в (Ns ~ 5·1020 ат./см³) и с сохранением боросиликатного стекла, что, по сравнению с обычно применяемыми режимами (Ns ~ 4·1018 ат./см³), позволило уменьшить ╦мкость изолирующих p-n-переходов примерно в 1,5 раза за сч╦т уменьшения составляющей, обусловленной ╦мкостью боковых стенок [5].

К технологическим особенностям ИС следует также отнести:

использование процессов ионного легирования сурьмы, бора и фосфора, обеспечивающих высокую воспроизводимость электрофизических параметров сло╦в в широком диапазоне концентраций легирующих примесей; малые глубины залегания р-n-переходов, составляющие доли мкм, что при соответствующей геометрии элементов ИС и технологическом процессе их изготовления обеспечило величину граничной частоты усиления по току n-р-n-транзисторных структур fГР порядка 2 ГГц; малые размеры элементов, в наибольшей степени влияющих на быстродействие микросхемы. Минимальный размер эмиттера, в свою очередь, ограничен требованиями по величине сопротивления тела коллектора rК транзисторных структур; использование двухуровневой металлизации на основе алюминия, легированного кремнием. В качестве межслойного диэлектрика применена пл╦нка диоксида кремния SiO2, частично легируемая фосфором.

Основные параметры ИС приведены в таблице.

На рис. 3 приведены экспериментальные и расч╦тные зависимости усредн╦нного времени установления выходных сигналов tуст от величины среднего режимного тока IПОТ.ср.реж для микросхемы А 1211А.

Рисунок 3. Зависимость времени установления выходного сигнала tуст от величины среднего режимного тока

Параметры моделей для расч╦тов выбирались с уч╦том электрофизических и топологических характеристик транзисторных структур. Однако, в используемых моделях не учитывались нелинейность емкостей переходов от напряжения, а также процессы накопления носителей при насыщении транзисторов. Правда, последний эффект, по всей видимости, в меньшей степени сказывался на результатах расч╦тов, так как в разработанных ИС преимущественно использованы транзисторные структуры с диодами Шоттки. В точке, соответствующей максимальному быстродействию, совпадение экспериментального и расч╦тного результатов достигалось пут╦м подбора врем╦н прол╦та неосновных носителей через базу p-n-p-торцевых транзисторов, tTN, поскольку задержки формирования выходных импульсов в микросхеме в значительной степени определяются передачей сигналов через схемы сдвига уровня, выполненные на их основе. Наиболее близкое к эксперименту значение было получено при tTN ~ 20 нс. При уменьшении режимного тока ИС расч╦тные характеристики оказываются лучше экспериментальных примерно на 20%.

Конструктивно микросхемы выполнены в корпусе Н06.24-2b с планарным расположением выводов. Возможна поставка ИС и в бескорпусном исполнении (модификация 4).

Таблица. Основные параметры микросхем А 1211

Наименование параметра, единица измерения, буквенное обозначение Тип микросхемы А 1211А А 1211Б не менее типовое не более не менее типовое не более Напряжение высокого уровня на прямом и инверсном выходах UOH*, В 3,5 4,1 - 7,5 8,1 - Напряжение низкого уровня на прямом и инверсном выходах UOL*, В минус 3,5 минус 3,8 - минус 7,5 минус 8,8 - Время установления выходного сигнала tуст., нс, при среднем токе потребления от источников UCC1, UCC2:
1,5 мА для А 1211А; 3,0 мА для А 1211Б
5,0 мА для А 1211А; 10,0 мА для А 1211Б  




-
-  




150
50  




500
60  




-
-  




150
50  




500
60

Литература

Шагурин И.И. Транзисторно-транзисторные схемы. М.: Советское радио, 1974. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Б.П. Кудряшов и др.; Под ред. С.В. Якубовского. М.: Сов. радио, 1979. с. 59. Гребен А.Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. Пер. с англ. М.: Энергия, 1976. с. 131. Гольдшер А.И. Быстродействующие микросхемы управления приборами с зарядовой связью. Электронная промышленность, 1993. вып. 6-7. С. 57√67. Вопросы изоляции элементов микросхем p-n переходом /А.И. Гольдшер, В.И. Диковский, Г.Д. Колмогоров, И.И. Моин/ Электронная техника. сер. 2. Полупроводниковые приборы, 1974. вып. 7. С. 25√34.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2020 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.